西北农林科技大学_计算机组成原理XP实验系统要素

计算机组成原理 TEC-XP机 实验系统简介 TEC-XP实验机 由清华大学专门为大学本科计算机教学实验而研制的16位计算机; TEC-XP机里面配置了小巧的 “运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备”等计算机完整要素 。 TEC-XP机是一台软、硬件相对完整、配置小巧合理的完整计算机系统。用“麻雀虽小，肝胆俱全”这句话描述很切合实际 。 通过学习，使学生能通过对一台具体的、完整的计算机的深入学习，掌握计算机中核心部件“运算器、控制器、存储器、外设”的硬件组成、功能、控制方法及工作原理，了解计算机中“程序、数据的表示方法、运算方法” ，以及指令流、数据流在计算机各部件中的流动、工作情况。 TEC-XP实验系统的基本组成 硬件： 由总线将“运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备 ”五大设备连接组成组成。 软件： 监控程序、通讯程序、交叉汇编程序等。 ⒈TEC-XP机的硬件组成 TEC-XP机的基本系统做在了2块印刷电路板上。全部线路芯片均以芯片插座与线路板连接；逻辑线路按功能部件划分在印制板的不同区域；主板上安装有一定数量的开关、按键与指示灯；线路板上布有适当的量测孔，一定数量的跳线夹，用以人为设置机器故障或变更设计。 机器字长16位, 即运算器、主存、数据总线、地址总线都是16位。 系统配置了两个不同实现方案的CPU系统，一个CPU沿袭传统的设计思路，由中小规模的器件组成；另一个CPU用大规模的FPGA器件设计实现。 TPC-XP实验系统硬件系统组成示意图 整个系统组成： ⑴ 运算器：16位，由4片4位的AM2901芯片级连构成，片间用串行进位方式传递进位信号。ALU实现8种算术与逻辑运算功能。 内部包括16个双端口读出、单端口写入的通用寄存器(16位), 和一个能自行移位的乘商寄存器。 设置C(进位)、Z(结果为0)、V(溢出)和S(符号位)四个状态标志位。 ⑵ 控制器： 控制器采用微程序和硬布线两种控制方案实现，可由实验者自由选择。 指令系统支持多种基本寻址方式。其中一部分指令已实现，用于设计监控程序和用户的常规汇编程序，尚保留多条指令供实验者自己实现。 实验人员可方便地修改已有设计，或加进若干条自己设计与实现的新指令，新老指令同时运行。 TEC-XP机的硬件组成 ⑶ 存储器：10KW容量，由RAM和ROM构成。 ROM：8KW容量，由4片58C65(28C64)芯片组成，用于存放系统监控程序。地址0-1FFFFH之间。 RAM：2KW容量，由2片6116芯片组成，用于存放用户程序和数据。地址2000H-3FFFH之间。 ROM、 RAM均可以进行8位或16位操作。 还配置了另外2片存储器芯片的器件插座，可以方便地完成对16位字长的内存储器的容量扩展实验。 对ROM存储区可以选用紫外线擦除(27系列)或电擦除(28系列)的存储器芯片实现。 ⑷ 总线：由16位地址线和16位数据线及其它控制信号、状态信号构成。 ⑸ 输入设备：TEC-XP机安装有约26个扭子开关，3个按钮微动开关。完成程序、数据的二进制输入及功能选择。 ⑹ 输出设备： 由16个发光二极管组成。每个发光管都用八选一(由S2、S1、S0选择)的74LS151器件驱动，可选择显示有关内容。当输入信号为“1”时灯亮，为“0”时灯灭。 (7)实验机主板上预留了一个40芯的器件插座, 并给出了扩展操作可能用到的地址、数据及控制信号的连接插孔。 同时还提供了完成中断教学实验所需要的全部支持 (8)TEC-XP教学机串行接口 TEC-XP教学机配置了两路串行接口COM1口和COM2口。这两个串口各自使用1片串行接口芯片Intel 8251，共用1片实现电平转换的MAX202芯片，各自通过一个D型9芯的接插头与终端或PC机的串口相连。 COM1口是系统默认的串行口。通过COM1口可实现实验机与PC机仿真终端直接通讯。 COM2口是留给用户扩展串行接口实验时使用的。 设置COM1口进行通讯的目的 因为TEC-XP机输入输出设备是开关和发光管，只能输入及显示二进制程序和数据，故通过TEC-XP串口与微机相连，充分利用微机强大的配置(主要是外设)，完成实验用程序和数据的输入，再通过在微机上运行通讯软件，将程序和数据通过串口传入TEC-XP机，以方便用户程序和数据的录入。 TEC-XP机运行状态控制开关 在TEC-XP实验系统左下方有五个黑色的开关K0、K1 、K2 、K3 、K4，用于设置机器运行状态控制。 控制开关的功能在开关上、下方有标识；开关拨向上方表示“1”，拨向下方表示“0”，“X”表示任意。 K0：设置单步运行、连续运行。 K1：设置内存读指令、手动置指令。 K2：设置组合逻辑控制、微程序控制。 K3：